諧波介紹和治理

1、2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye1您永遠(yuǎn)的值得信任的合作伙伴：您永遠(yuǎn)的值得信任的合作伙伴： 功率因數(shù)補(bǔ)償功率因數(shù)補(bǔ)償 電能質(zhì)量電能質(zhì)量 能源管理能源管理2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye2諧 波 諧波源 諧波影響 解決方案2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye3諧波定義諧波定義3rd 諧波5th 諧波7th 諧波11th 諧波2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye43rd 諧波5th 諧波7th 諧波11th 諧波 為基本波的整數(shù)倍為基本波的整數(shù)倍5th 諧波 = 5 * 50 Hz = 250 Hz 諧波 可以被量測(cè)且存在于絕

2、大部分中低壓電力系統(tǒng)主回路中可以被量測(cè)且存在于絕大部分中低壓電力系統(tǒng)主回路中諧波量是隨時(shí)間不斷變化的，因此具體分析它們非常困難諧波量是隨時(shí)間不斷變化的，因此具體分析它們非常困難 諧波是由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波是由非線性負(fù)載產(chǎn)生的 整流器、 電弧爐、 電焊機(jī), 應(yīng)急電源、電視機(jī), 電腦、 節(jié)能燈、 微波爐等等諧波源諧波源2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye5低壓系統(tǒng)中的常見諧波電壓畸變率常見諧波水平常見諧波水平2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye650 Hz基本波基本波5th 諧波為諧波為反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向7th 諧波為諧波為同向旋轉(zhuǎn)同向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向磁

3、場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向11th 諧波為諧波為反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向諧波影響諧波影響2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye7反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的5th和11th諧波:導(dǎo)致感性負(fù)載中的鐵芯產(chǎn)生渦流 增加電纜線的集膚效應(yīng)過熱問題過熱問題: 變壓器變壓器 電機(jī)電機(jī) 電纜線電纜線諧波影響諧波影響24.02.09 FRAKO GmbH Erhard Auer8Example: 一座橋的共振震動(dòng)一座橋的共振震動(dòng)諧波諧波24.02.09 FRAKO GmbH Erhard Auer9共振共振時(shí)間從共振震動(dòng)開始到橋倒塌:風(fēng)速:諧波諧波42 mph1h 10min2013-05-22JM

4、C FRAKO Pan Ye10諧波諧波使變壓器、電纜、熔斷器過負(fù)荷使變壓器、電纜、熔斷器過負(fù)荷干擾和損壞負(fù)載和設(shè)備干擾和損壞負(fù)載和設(shè)備 數(shù)控機(jī)床 電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備 整流器和變頻器 變壓器和異步電機(jī)(渦流) 熔斷器和斷路器 電容器在諧振回路中在諧振回路中將會(huì)急遽增大將會(huì)急遽增大，如果諧振頻率非常，如果諧振頻率非常接近主回路頻率接近主回路頻率 諧波影響諧波影響2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye11 M中壓系統(tǒng)感抗值中壓系統(tǒng)感抗值線路感抗值線路感抗值1. 變壓器二次側(cè)產(chǎn)生的諧波變壓器二次側(cè)產(chǎn)生的諧波:主回路阻抗和無功補(bǔ)償系統(tǒng)形成主回路阻抗和無功補(bǔ)償系統(tǒng)形成并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振諧波電流

5、諧波電流并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路: 在諧振點(diǎn)是高阻抗高電壓損失在主回路阻抗上高諧波電流在變壓器和電容器之間并聯(lián)一個(gè)純阻性負(fù)載吸收部分諧波電流并聯(lián)一個(gè)純阻性負(fù)載吸收部分諧波電流諧振回路諧振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye12 M中壓回路感抗值中壓回路感抗值線路感抗值線路感抗值2. 變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的諧波變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的諧波:諧波電流諧波電流感性主回路與純電容回路組成了感性主回路與純電容回路組成了一個(gè)串聯(lián)諧振回路。一個(gè)串聯(lián)諧振回路。串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路:低阻抗低阻抗在諧振點(diǎn)高諧波電流在變壓器和電容器之間高電壓損失高電壓損失在主回路阻抗上并聯(lián)一個(gè)純電阻性負(fù)載吸收部分諧波

6、電流并聯(lián)一個(gè)純電阻性負(fù)載吸收部分諧波電流諧振回路諧振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye13M 在變壓器的低壓側(cè)在變壓器的低壓側(cè)產(chǎn)生諧波產(chǎn)生諧波反饋到變壓器高壓側(cè)形成反饋到變壓器高壓側(cè)形成諧波電壓諧波電壓從而對(duì)變壓器低壓側(cè)負(fù)載產(chǎn)生影響從而對(duì)變壓器低壓側(cè)負(fù)載產(chǎn)生影響: 計(jì)算諧振頻率的公式:fHzSQrkc 50Sk = 變壓器的最小短路容量變壓器的最小短路容量Qc = 電容器容量電容器容量變壓器最小短路容量Sk 是固定的， 會(huì)由于中壓側(cè)的阻抗而有10%的降低， 可能會(huì)非常低如果變壓器和電容補(bǔ)償柜之間的電纜足夠長(zhǎng)的話線路感抗值線路感抗值中壓系統(tǒng)感抗值中壓系統(tǒng)感抗值3. 低壓主回

7、路的諧波實(shí)際流向低壓主回路的諧波實(shí)際流向:諧振回路諧振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye143rd5th7th11th13thHarmonics 諧振頻率大小取決于串聯(lián)電容器和電抗器的容抗和感抗，而系統(tǒng)電壓畸變水平取決于諧振回路的共振點(diǎn)位置 1000 Hz低壓系統(tǒng)中典型的諧振回路低壓系統(tǒng)中典型的諧振回路諧振回路諧振回路2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye15M 我們通過共振回路來解決我們通過共振回路來解決 中壓系統(tǒng)感抗值中壓系統(tǒng)感抗值線路感抗值線路感抗值共振點(diǎn)低于5th harmonic (250 Hz)畸變水平在畸變水平在5次諧波以及次諧波以及5次以上諧

8、波次以上諧波沒有發(fā)生放大的情況沒有發(fā)生放大的情況方案方案2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye16在共振回路中低于共振頻率的部分在共振回路中低于共振頻率的部分: 系統(tǒng)呈系統(tǒng)呈容性容性. 電容器和電抗器串聯(lián)后= 電容器電容器容性容性感性感性在共振回路中高于共振頻率的部分在共振回路中高于共振頻率的部分: 系統(tǒng)呈系統(tǒng)呈感性感性. 電容器和電抗器串聯(lián)后= 電抗器電抗器方案方案2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye17大多數(shù)的電容器和電抗器串聯(lián)組合成大多數(shù)的電容器和電抗器串聯(lián)組合成 調(diào)諧無功補(bǔ)償系統(tǒng)調(diào)諧無功補(bǔ)償系統(tǒng)方案方案fnom = 50 Hzfr = 共振頻率(Hz)p

9、= 調(diào)諧因數(shù)fr = fnom *p1p = fnom fr( )22013-05-22JMC FRAKO Pan Ye18 電抗器與電容器配合的重要性電抗器與電容器配合的重要性電抗器的感性感性和電容器的容性容性必須正確匹配根據(jù)電抗系數(shù)和諧振頻率fr = fnom *p1p = fnom fr( )2fnom = 50 Hzfr = Resonance frequency (Hz)p = Detuned factor2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye19方案方案無功補(bǔ)償系統(tǒng)的目標(biāo):首要目標(biāo):改善系統(tǒng)功率因數(shù)cos通過調(diào)諧系數(shù)解決(p)5.67%; 7%; 14% 次要目標(biāo):避

10、免由于諧振而放大系統(tǒng)諧波水平5.67%; 7%; 14%第三目標(biāo):降低系統(tǒng)5次諧波電壓水平因?yàn)? 在大多數(shù)電力系統(tǒng)中5次諧波是最主要的諧波. 與基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相比5次諧波產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而可能對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生額外未知危險(xiǎn)5.67%; 7%2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye20方案方案不同調(diào)諧系數(shù)的調(diào)諧補(bǔ)償系統(tǒng).吸收吸收5次諧波次諧波(250 Hz):p = 14 %p = 7 %p = 5.67 %fr = 134 Hzfr = 189 Hzfr = 210 Hz電抗率降低5次諧波電壓水平10%多達(dá)30%多達(dá) 50%2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye2

11、1方案方案串聯(lián)串聯(lián)7%電抗器的調(diào)諧補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)電抗器的調(diào)諧補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì). 通常在允許范圍內(nèi)可以降低5次諧波水平. 更可控的吸收5次諧波. 更安全 不管在系統(tǒng)低壓側(cè)還是高壓側(cè)改變諧波情況. 使用壽命更長(zhǎng)，更高可靠性. 更經(jīng)濟(jì). 超過20年的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn).2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye22有有 源源 濾濾 波波 器器- 可濾除2到50次諧波- 非?？斓姆磻?yīng)速度- 單臺(tái)容量從 50A 到 400A2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye233次諧波問題次諧波問題基波電壓（50Hz）和三次諧波電壓波形-1,5-1,0-0,50,00,51,01,503060901

12、20150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360Line L1Line L2Line L3電壓 50 Hz電壓 150 Hz (3次諧波)3次諧波:0 V 在三相之間，如果三相負(fù)載是平衡負(fù)載.只有當(dāng)系統(tǒng)中三相不平衡時(shí)才會(huì)量測(cè)出在三相之間有3次諧波電壓.只有相電壓能被正確的量測(cè)出來.2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye24-1,5-1,0-0,50

13、,00,51,01,50306090120150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360Line L1Line L2Line L3電流 50 Hz電流 150 Hz (3次諧波)基波電流（50Hz）和三次諧波電流波形-1,5-1,0-0,50,00,51,01,50306090120150180210240270300330360結(jié)論:如果負(fù)載是三相對(duì)稱的那么N線

14、中是沒有基波電流的. 3次諧波電流的產(chǎn)生取決于系統(tǒng)中三相是對(duì)稱的還是非對(duì)稱負(fù)載.3次諧波問題次諧波問題2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye25中性線中性線(L1, L2和和L3) 橫截面橫截面電流電流中性線中性線橫截面橫截面電流電流在實(shí)際上中性線的線徑只有L1, L2和L3的線徑的一半.在中性線上的RMS電流總是比在L1,L2和L3上的高. 3次諧波導(dǎo)致的中性線電流次諧波導(dǎo)致的中性線電流中性線是過載的中性線是過載的!3次諧波問題次諧波問題2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye263次諧波問題的解決方案次諧波問題的解決方案饋電柜變壓器分支電纜箱單相非線性設(shè)備很近較遠(yuǎn)

15、L1L2NL33次諧波電流我們要做什么? 我們?cè)谀睦镒?2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye273次諧波問題的解決方案次諧波問題的解決方案饋電柜變壓器分支電纜箱單相非線性設(shè)備很近較遠(yuǎn)L1L2NL33次諧波電流通過單相濾波補(bǔ)償系統(tǒng)來消除3次諧波. 無源濾波器或者有源濾波器無源濾波器或者有源濾波器L1.L3 N2013-05-22JMC FRAKO Pan Ye283次諧波的解決方案次諧波的解決方案饋電柜變壓器分支電纜箱單相非線性設(shè)備很近較遠(yuǎn)L1L2NL33次諧波電流通過單相濾波補(bǔ)償系統(tǒng)來消除3次諧波. 無源濾波器或者有源濾波器無源濾波器或者有源濾波器L1.L3 N2013-05-22JMC FRAKO